WO2002064965A1 - Abgasrückführventil mit schwenkbar montierter druckregelplatte - Google Patents

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WO2002064965A1
WO2002064965A1 PCT/EP2001/015288 EP0115288W WO02064965A1 WO 2002064965 A1 WO2002064965 A1 WO 2002064965A1 EP 0115288 W EP0115288 W EP 0115288W WO 02064965 A1 WO02064965 A1 WO 02064965A1
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gas recirculation
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Ekkerhard Bielass
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A. Kayser Automotive System Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to an exhaust gas recirculation device as described in claim 1.
  • Otto and diesel engines are usually provided with exhaust gas recirculation devices, in particular exhaust gas recirculation valves (EGR valves). They partially add exhaust gas to the fresh gas drawn in to reduce NOx emissions, improve fuel consumption and reduce noise.
  • EGR valves exhaust gas recirculation valves
  • Such exhaust gas recirculation devices include metering or control elements with which the amount of recirculated exhaust gas can be adjusted depending on the operating point. Too little exhaust gas recirculation would miss the desired effects, too large would lead to malfunctions in gasoline engines or an undesirable increase in HC or even CO emissions, and in diesel engines to an undesirable increase in particle emissions.
  • Such control elements are generally fully closable valves which are set by a vacuum membrane or a servomotor or a proportional magnet working against a spring, which in turn are actuated by the control unit of the motor via a clock valve or a relay.
  • the information used for this purpose in the control unit is usually the load and speed of the engine and the amount of air drawn in. To improve the way of working, the feedback of the opening path via a path measuring system is also used.
  • the exhaust gas recirculation devices are located between the fluctuating pressures in the exhaust system and the fluctuating pressures in the intake system of the engine, the changes in these pressures being accompanied on the one hand by the changes in the operating point and on the other by the intermittent discharge of the exhaust gas and the intermittent intake of the fresh gas.
  • These pressure fluctuations already pose a problem for the metering function of the exhaust gas recirculation device in naturally aspirated engines and are particularly serious in supercharged engines.
  • An exhaust gas recirculation device with pressure compensation is known from WO 98/54460, in which, among other things, the amount of exhaust gas that is passed through or metered is largely independent of pressure fluctuations acting on the exhaust gas recirculation device.
  • the known exhaust gas recirculation device has, among other things, a control element for metering exhaust gas into the fresh gas supply and a pressure plate facing the fresh gas supply.
  • Circular openings are provided in the pressure plate, which are designed as tongue valves, the tongues of which close the openings at low pressure differences above the pressure plate. If the pressure above the pressure plate is greater than the pressure on the fresh gas side, the tongues move away from the openings at a certain pressure difference in order to allow exhaust gas to flow through the openings.
  • the known exhaust gas recirculation device is in need of improvement. This relates in particular to small amounts of exhaust gas recirculation, since an accurate metering is important for these small amounts , while a larger percentage deviation from the target value can be accepted with larger exhaust gas recirculation quantities.
  • An exhaust gas recirculation device for recirculating exhaust gas into a gas supply of engines, in particular motor vehicle engines, comprises an exhaust gas supply, a fresh gas supply and an outlet channel opening into the gas supply, at least the exhaust gas supply and the fresh gas supply being connected to one another via a metering or control element and A pressure plate is arranged on the side of the control element facing the fresh gas supply, the pressure plate consisting of a base plate with gas passage areas and at least one pivot plate arranged rotatably or pivotably on the base plate and a prestress, in particular in the form of a spring force, acting between the base plate and the pivot plate, to hold the swivel plate to cover the gas passage areas on the base plate or to bring it into contact.
  • control element which can be formed in particular by a valve or main valve, is in a partially or completely open position
  • exhaust gas can flow from the exhaust gas side of the exhaust gas recirculation device in the direction of the fresh gas side.
  • the pressure plate is arranged in the gas or exhaust gas flow in the exhaust gas recirculation device in such a way that it forms a flow resistance for the exhaust gas flow flowing around or flowing through it and thus when the exhaust gas flows through from the exhaust gas side towards the fresh gas side to a partial accumulation or a pressure increase of the exhaust gas flow leads.
  • the gas pressure in a space between the control element and the pressure plate is therefore greater than in a space which is arranged on the fresh gas side of the pressure plate.
  • the difference between these gas pressures acting on the pressure plate on the fresh gas and exhaust gas side results in a force acting on the pressure plate.
  • This force acting on the pressure plate is used according to the invention to influence or control the position or the free opening cross section of the control member, so that, for example, the free opening cross section of the control member is reduced when one moves in the direction of the fresh gas side or in the firing direction of the control member directed force on the pressure plate increases.
  • the pressure plate can thus be designed such that an increase in the pressure gradient between the exhaust gas and the Fresh gas side of the exhaust gas recirculation device leads to a predetermined reduction in the free opening cross section of the control element and a reduction in this pressure gradient leads to a predetermined increase in the free opening cross section of the control element.
  • the special design of the pressure plate additionally ensures that there is no sudden increase in the amount of exhaust gas recirculation at the beginning of the supply of exhaust gas to the fresh gas supply. It is thus achieved that the change in small amounts of exhaust gas recirculation, for example when using an electric magnet or proportional magnet for the control device of the control member, can be set by as large a variance in the magnet current as possible.
  • the magnetic current is plotted on the abscissa in a coordinate system and the exhaust gas recirculation quantity is plotted on the ordinate
  • the resulting volume curve will creep out of the abscissa axis and thus have a very flat slope in the initial area.
  • the exhaust gas recirculation device proposed according to the invention it is possible, with the exhaust gas recirculation device proposed according to the invention, to meet the high requirements for exhaust gas recirculation in the area of small exhaust gas recirculation quantities, which has not previously been possible.
  • the swivel plate In the closed state of the exhaust gas recirculation device, the swivel plate covers the gas passage areas provided in the base plate in order to allow the smallest possible amount of exhaust gas to pass through or past the base plate, the pressure difference at the pressure plate increasing significantly with lower exhaust gas flow rates and thus also the current in for example, used electrical magnets or proportional magnets.
  • the pressure plate In a manner known per se, in the closed state of the exhaust gas recirculation device, the pressure plate does not lie against the wall of the exhaust gas recirculation device in a completely sealing manner, but instead leaves a small annular gap through which exhaust gas can flow.
  • the pressure plate can have a circular or elliptical configuration, which is advantageous with regard to its manufacture and with regard to the design of the wall of the section of the exhaust gas recirculation device in which the pressure plate is guided.
  • the gas passage areas of the base plate are designed as gas passage openings which are encompassed by parts of the base plate and / or areas which are left free.
  • this represents an advantageous embodiment of the pressure plate with regard to the desired exhaust gas flow, which can thus be designed in an optimized manner.
  • the pivot axis is expediently formed between the base plate and the pivot plate, for example in the case of a circular configuration of the pressure plate in the axis of symmetry. In other configurations of the pressure plate, it can also be advantageous with regard to the exhaust gas flow to design the axis of symmetry eccentrically in the pressure plate.
  • the swivel plate can consist of two substantially semicircular flaps, which are designed to be movable in the same direction away from the base plate against the pretensioning force, in order to prevent regions of the swivel plate from being in the exhaust gas flow.
  • the free edge regions of the flaps when they are in contact with the base plate extend to the free edge region of the base plate or to the wall of the exhaust gas recirculation device.
  • the prestressing or holding force between the swivel plate and the base plate is expediently carried out via one or more springs, in particular via torsion springs, which are arranged between the aforementioned plates.
  • torsion springs make it possible to set the desired spring constant precisely without having to implement costly and complicated designs.
  • the pressure plate in order to keep the exhaust gas flow as low as possible in the initial opening movement of the exhaust gas recirculation device, it is expedient to design and arrange the pressure plate in such a way that the exhaust gas essentially passes through the gas passage areas or openings and any additional gas passage openings in the pressure plate or in the Base plate and flows in the swivel plate.
  • the pressure plate allows the exhaust gas to pass through only a narrow gap between the pressure plate and the wall with low exhaust gas throughputs, but with increasing pressure differences, the gas passage areas or openings and any additional gas passage openings that may be present be released by moving the swivel plate away from the base plate against the pretensioning force or holding force.
  • spacers can be arranged between the base plate and the swivel plate, which when the swivel plate rests on the base plate result in a slight opening position between them and thus also leave a somewhat larger distance or gap between the corresponding edge region of the swivel plate and the wall of the exhaust gas recirculation device.
  • Figure 1 is a schematic cross-sectional view of an exhaust gas recirculation device according to the invention
  • Figure 2 shows a first embodiment of a pressure plate of the exhaust gas recirculation device in cross section and in plan view
  • Figure 3 shows a second embodiment of a pressure plate of the exhaust gas recirculation device in cross section and in plan view
  • Figure 4 shows a third embodiment of a pressure plate of the exhaust gas recirculation device in cross section and in plan view
  • Figure 5 is a perspective view of a base plate according to a fourth embodiment of the pressure plate.
  • FIG. 6 shows a perspective view of the base plate according to FIG. 5 with a swivel plate arranged on the base plate in the form of two flaps.
  • Figure 1 shows schematically a cross section of an exhaust gas recirculation device.
  • the exhaust gas is fed to the exhaust gas recirculation device by means of an exhaust gas duct or an exhaust gas supply 2, one side of which opens into the main exhaust gas flow of the engine.
  • the exhaust gas supply 2 is connected to a chamber 6 via a control member for metering exhaust gas in the form of a valve or main valve 4, which consists of a valve plate and a valve seat.
  • the chamber 6 is partially closed by a pressure plate 8, which represents a flow resistance for gas or exhaust gas.
  • Gas passage openings 10 are formed in the pressure plate 8, through which exhaust gas can flow, an exhaust gas flow also between the outer edge region of the pressure plate 8 and the wall 12 of the channel, in which the pressure plate 8 arrives.
  • the recirculated exhaust gas flow flowing through the gas passage opening 10 or at the outer edge of the pressure plate 8 is connected to a fresh gas supply 14 (not shown in more detail) and an outlet channel 16 which carries on the fresh gases mixed with the exhaust gas.
  • the main valve 4 is designed as a compensation piston and lies on its periphery against a wall or side wall and is supported by a main closing spring 18.
  • the piston chamber thus formed can be connected to the chamber 6 via a compensating line (not shown) in such a way that the gas pressures in the piston chamber and the chamber 6 can quickly equalize.
  • the compensation piston and the valve plate of the main valve 4 and the pressure plate 8 are connected to one another in this order via a valve rod 20.
  • the side of the valve rod 20 opposite the main valve 4 is arranged in an actuating device, for example in the form of an electrical magnet or proportional magnet 22, via which the main valve 4 can be controlled or regulated.
  • the pressure plate 8 serves to minimize the influence of this pressure gradient or this pressure difference P5-P3 or P5-P3 * on the amount of exhaust gas that is passed through.
  • the throughput of the recirculated exhaust gas quantity is thus essentially independent of the fluctuations or variations of fresh and exhaust gas pressure (P5 and P3) at the exhaust gas recirculation device, i.e. essentially independent of changes in the gas pressure difference or the pressure drop P5 - P3-
  • the actuation of the main valve 4 of the exhaust gas recirculation device is preferably achieved essentially by the electrical proportional magnet 22 via the valve rod 20, the force being dependent on the proportional magnet 22 only on the coil current and not on the position of the armature.
  • Such an arrangement has the advantage that it can react quickly and can set a valve lift or an opening of the main valve 4 very precisely.
  • the pressure plates described in more detail below in FIGS. 2 to 6 can advantageously be provided in the exhaust gas recirculation device described in FIG. 1 in order to supply the exhaust gas flow that flows past the pressure plate or that flows through gas passage openings in the pressure plate, in particular in the case of small amounts of exhaust gas recirculation optimize by supplying only a small, not abruptly increasing exhaust gas recirculation quantity to the fresh gas flow in the initial opening movement of the main valve 4.
  • Corresponding exemplary design options for the printing plate are now described in more detail.
  • Fig. 2 shows in cross section and in plan view a first embodiment of a pressure plate 30, which consists of a base plate 32 and a pivot plate 34.
  • the pressure plate 30 is guided in the exhaust gas recirculation device via a valve rod 36, the base plate 32 being fixedly connected to the valve rod 36 and thus being able to move only together with the valve rod 36.
  • the outer edge regions of the base plate 32 extend up to the wall 38 of the channel in which the pressure plate 30 is guided and can leave an annular gap between the base plate 32 and the wall 38. In order to allow an exhaust gas flow through the base plate 32, this is provided with gas passage openings 40.
  • the base plate 32 is not designed as a continuous plate in one plane, but that in the area in which the valve rod 36 passes through the pressure plate 30 is arranged offset on two levels.
  • This special design of the pressure plate 30 makes it possible to design the one-piece swivel plate 34, which in this exemplary embodiment has no through openings, as a one-piece plate which runs in one plane.
  • the pivot plate 34 is designed to be pivotable in the region of the valve rod 36, so that the longitudinal axis of the valve rod 32 is the fulcrum for the pivot plate 34. From the top view, the elliptical configuration of the pressure plate 30 and the pivot plate 34 can be seen, as well as the eccentric arrangement of the valve rod 32 in the valve channel, whereby the pressure plate 30 and the pivot plate 34 each consist of a semicircular section and an adjoining elliptical section.
  • the area shown to the right of the valve rod 36 is shown with the semicircular part of the swivel plate 34, which is arranged in this area above the pressure plate 30, being omitted.
  • the configuration of the gas passage opening 40 which is shown as a kidney-shaped cutout from the base plate 32, can be seen.
  • a spring 42 is arranged.
  • the spring 42 rests with its free end on the underside of the swivel plate 34 and is arranged at its other end in a fixed manner in the region of the valve rod 36 and thus exerts a spring force against the possible swivel direction of the swivel plate 34.
  • the pivot plate 34 can pivot clockwise against the force of the spring 42, thus allowing gas to pass through the gas passage openings 40 of the base plate 32, the gas flow due to that in the pivot plate 34 non-existent openings at the outer free edge of the pivot plate 34 flows past in the direction of fresh gas supply.
  • the pivot axis of the base plate 34 and thus also the position of the valve rod 36 can be arranged in the axis of symmetry, so that the respective partial regions of the base plate 32 and the pivot plate 34 lying next to the valve rod 36 are identical parts as far as their external configuration is concerned , be trained.
  • gas passage openings which are arranged in the base plate and / or swivel plate, are each designed such that the gas passage openings are covered in the non-swiveled state of the swivel plate, so that a larger gas flow can only result after the swivel plate has been swiveled .
  • the larger gas flow is also promoted by the fact that the edge regions, which are oriented transversely to the pivot axis, move away from the wall of the valve channel by the pivoting of the pivot plate, whereby an ever increasing gap between the wall of the valve channel and the relevant edge region of the pivot plate is released and thus an ever increasing gas passage cross section is created.
  • a further alternative embodiment of a pressure plate 50 is again shown in cross section and in plan view in FIG. 3.
  • the pressure plate 50 here also consists of a base plate 52 and a pivot plate 54 connected to it.
  • the configuration of the base plate 52 and pivot plate 54 is, as can be seen from the top view, circular, the valve rod 56 being arranged in the center of the pressure plate 50.
  • the pivot axis for the pivot plate 54 in turn lies in the longitudinal axis of the valve rod 56.
  • This results in a rotationally symmetrical pivot plate which, as in FIG. 2, is formed in one piece, but in FIG. 3, however, in a clockwise direction from the base plate arranged fixed on the valve rod 56 52 swings away.
  • FIG. 2 is formed in one piece, but in FIG. 3, however, in a clockwise direction from the base plate arranged fixed on the valve rod 56 52 swings away.
  • the base plate 52 and the swivel plate 54 are in turn designed such that they extend with their free edge regions up to the wall 58.
  • the base plate 52 in FIG. 3 is not in one plane, but with respect to that next to the Valve rod 56 lying areas formed in two levels to allow the arrangement of the continuous, in one plane pivot plate 54.
  • the swivel plate 54 in the drawing in the area of the left semicircular section has additional gas passage openings 60 which, when the swivel plate 54 is in contact with the base plate 52, are not aligned with the gas passage openings 62 of the base plate, that is to say are arranged offset from one another, so that when the swivel plate 54 is in contact with the base plate 52, gas can only pass through in the undeflected state in the region of the outer circumference of the base plate 52 and the swivel plate 54.
  • the gas passage opening 62 of the base plate 52 can be seen in the right area, i.e. to the right of the valve rod 56 or to the right of the axis of rotation for the swivel plate 54. To the left of this is the additional gas passage opening 60 of the swivel plate 54.
  • the swivel plate 54 is deflected counter to the spring force around its swivel axis and thus gives an exhaust gas flow on the one hand through the additional openings 60 and then through the gas passage openings 62 of the base plate free and on the other hand an increased gas passage through the gas passage opening 62 of the base plate 52 is made possible, this gas flow on the right side then only through the increasing annular gap flows into the fresh gas area at the free edge of the swivel plate 54.
  • FIG. 4 shows a further alternative of a pressure plate 70, again consisting of a base plate 72 and a swivel plate 74.
  • the swivel plate 74 is designed like the swivel plate 54 according to FIG. 3, that is to say as a continuous, extending over one plane, in
  • the top view appears to be circular swivel plate, which also has additional gas through openings 80 on one side next to the valve rod 76 or next to its swivel axis.
  • the pressure plate is only designed as a one-sided, extending from the valve rod 76 partial plate, the free edge does not extend to the wall 78, but leaves a relatively large gas passage area free.
  • the configuration of the additional opening 60 can be seen from the top view in FIG.
  • the pressure plate 70 is formed only in the area of the additional gas passage opening 80 and can have essentially the same, only slightly larger configuration as the opening configuration of the gas passage opening 80, since in this embodiment it is only necessary that the base plate 72 when the swivel plate 74 abuts the Gas passage opening 80 covers.
  • the spring construction arranged between the base plate 72 and the swivel plate 74, which ensures that the swivel plate 74 bears against the base plate 72 at a low pressure difference.
  • the construction of the pressure plate 102 is shown in FIGS. 6 and 7 described in more detail, wherein the free edge areas of the pressure plate, consisting of the base plate 112 and the swivel plate 114, extend to the wall 116 of the channel of the exhaust gas recirculation device, in which the pressure plate 102 is arranged. Between the edge areas of the pressure plate 102, i.e. a small annular gap is released between the edge regions of the base plate 112 and the swivel plate 114 and the wall 116, which allows a small amount of exhaust gas flowing through the annular gap.
  • FIG. 5 shows a perspective view of the base plate 82 of the pressure plate 8 of the exhaust gas recirculation device from FIG. 1.
  • the base plate 82 has in the middle a guide socket 84 for the valve rod 20, the valve rod 20 passing through the guide socket 84.
  • the base plate 82 is stationary on the Valve rod 20 arranged.
  • Adjacent to the guide connector 84 is a central web 86, which has two holding webs 88 on its upper side, each of which is provided with two free outer recesses which serve as holding points for the arrangement of a spring or torsion spring 90, as shown in FIG. 6.
  • the free ends of the central web 86 each have a blind hole 92, into which pins (not shown) for arranging a swivel plate in the form of two flaps 98 (FIG. 6) can be inserted.
  • Two identical, semicircular partial areas 94 adjoin each side of the central web 86, the free edge areas of which extend in the direction of the wall 12 in order to form the annular gap between the pressure plate 8 and the wall 12.
  • the partial areas 94 are not designed to be full-walled, but rather have gas passage areas in the form of gas passage openings 10.
  • the longitudinal extension of the central web 86 seen transversely to the guide stub 84 does not extend to the outer edge of the circle formed by the semicircular partial areas 94, so that recessed areas are formed in the connecting area of the semicircular partial areas 94 on the central web 86, which correspond to the arrangement of the The rotation mechanism of the flaps 98 serve as shown in FIG. 6.
  • bump-like elevations or spacers 96 are provided, which extend upwards in the direction of the free end of the guide socket 84 and are, so to speak, seated on the partial areas 94 which are represented as semicircles.
  • the flaps 98 do not come to rest on the entire surface of the partial regions 122, but only in the region of the free ends of the spacers 96.
  • the base plate 82 is symmetrical to the longitudinal axis of the central web 86 or to the central axis of the blind holes 92.
  • FIG. 6 shows the perspective view of the complete pressure plate 8, ie the base plate 82 together with the swivel plate arranged thereon in the form of two independent flaps 98 which are semicircular.
  • the outer edge regions of the flaps 98 lying in the region of the central web have hinge-like joints 100.
  • Each flap has a pair of such joints 100, which have a through hole 102.
  • the flaps 98 are designed such that the through bores 102 of adjacent joints 100 are aligned with one another.
  • the spring or torsion spring 90 is arranged on the upper side of the flaps 98 opposite the base plate 82.
  • the torsion spring 90 is approximately W-shaped in its configuration and has a U-shaped sector in its center section, the webs of which engage in the recesses on the holding webs 88 in such a way that they are arranged in a positionally secure manner, that is, they do not separate from the holding webs 88 can move away.
  • the two free ends of the torsion spring 90 are bent upward in the direction of the free end of the guide socket 84 and engage in this area in spring holders 104 arranged on the upper side of the flaps 98, into which they engage with pretension.
  • the torsion spring 90 which is designed like a clamp, presses the flaps 98 in the direction of the base plate 82, the flaps 98 resting on the spacers 96 of the base plate 82 and being held there pretensioned.
  • the spring tension results from torsion of the two U-shaped sections of the torsion spring 90 arranged in the region of the central web.
  • a suitable spring selection can be selected in a simple manner by suitable choice of material and strength of the U-shaped areas of the torsion spring 90. If the gas pressure difference of the gas pressure P3 'between the main valve 4 and the
  • the flaps 98 can move away from the base plate 82 against the force of the torsion spring 90 and thus release the gas through openings 10 covered in the starting position by opening a larger annular gap between the outer edge regions of the flaps 98 and the wall 12 adjusts (see also Fig. 1).
  • the flaps 98 are pivoted away, there is a small exhaust gas flow in the edge region or annular gap of the pressure plate 8, since the free edge regions of the flaps 98 and the free edge regions of the base plate 82 do not bear against the wall 12 in a sealing manner.
  • the flaps 98 are each aligned obliquely to the base plate 82 due to the spacers 96, which results in a slightly enlarged annular gap in the free edge region of the flaps 98, viewed towards the wall 12, through which an exhaust gas stream can pass, which can be caused by the slight open position of the Flaps 98 with respect to the base plate 82 also allow a gas flow in the undeflected state of the flaps 98 through the gas passage openings 10 of the base plate 82.

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Abstract

Abgasrückführungseinrichtung zum Rückführen von Abgas in eine Gaszuführung von Motoren, insbesondere von Kraftfahrzeugmotoren, mit einer Abgaszuführung (2), einer Frischgaszuführung (14) und einem in die Gaszuführung mündenden Ausgangskanal (16), wobei zumindest die Abgaszuführung (2) und die frischgaszuführung (14) über ein Steuerorgan (4) zum Zumessen von Abgas miteinander in Verbindung stehen und auf der der Frischgaszuführung (14) zugewandten Seite des Steuerorgans (4) eine Druckplatte (8; 30; 50; 70;) angeordnet ist, wobei die Druckplatte aus einer Grundplatte (32; 52; 72; 82) mit Gasdruchtrittsbereichen (10; 40; 62) und wenigstens einer drehbar bzw. verschwenkbar an der Grundplatte angeordneten Schwenkplatte (34; 54; 74) besteht und eine Vorspannung bzw. Haltekraft, insbesondere in Form einer Federkraft (90), zwischen grundplatte und Schwenkplatte zur Abdeckung der Gasdurchtrittsbereiche wirkt, um die Schwenkplatte zur Abdeckung der Gasdurchtrittsbereiche an der Grundplatte zur Anlage zu bringen.

Description

ABGASRÜCKFÜHRVENTIL MIT SCHWENKBAR MONTIERTER DRUCKREGELPLATTE
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Abgasrückführungseinrichtung, wie sie in Anspruch 1 beschrieben ist.
Otto- und Dieselmotoren, insbesondere solche von Kraftfahrzeugen, werden üblicherweise mit Abgasrückführungseinrichtungen, insbesondere Abgasrückführungsventilen (AGR-Ventilen) versehen. Durch sie wird dem angesaugten Frischgas teilweise Abgas zugemischt, um die NOx-Emission zu senken sowie um den Kraftstoffverbrauch zu verbessern und Geräuschentstehung zu verringern.
Solche Abgasrückführungseinrichtungen umfassen Zumeßorgane bzw. Steuerorgane, mit denen die Menge des rückgeführten Abgases betriebspunktabhängig eingestellt werden kann. Zu geringe Abgasrückführung würde die angestrebten Wirkungen verfehlen, zu große bei Ottomotoren zu Betriebsstörungen oder einem unerwünschten Anstieg von HC- oder sogar CO-Emissionen führen und bei Dieselmotoren zu einem unerwünschten Anstieg der Partikelemissionen.
Solche Steuerorgane sind in der Regel vollständig schließbare Ventile, die von einer Unterdruckmembran oder einem Stellmotor oder einem gegen eine Feder arbeitenden Proportionalmagneten eingestellt werden, die ihrerseits über ein Taktventil oder ein Relais vom Steuergerät des Motors betätigt werden. Die dazu im Steuergerät verwendeten Informationen sind in der Regel die über Last und Drehzahl des Motors und über die angesaugte Luftmenge. Zur Verbesserung der Arbeitsweise wird auch die Rückmeldung des Öffnungsweges über ein Wegmeßsystem angewandt.
Die Abgasrückführungseinrichtungen liegen zwischen den schwankenden Drük- ken im Abgassystem und den schwankenden Drücken im Saugsystem des Motors, wobei die Veränderungen dieser Drücke einerseits mit den Veränderungen des Betriebspunktes einhergehen, andererseits vom stoßweisen Austreten des Abgases und vom stoßweisen Ansaugen des Frischgases bestimmt werden. Diese Druckschwankungen stellen bereits für die Zumeßfunktion der Abgasrückführungseinrichtung bei Saugmotoren ein Problem dar und sind bei aufgeladenen Motoren besonders gravierend. Aus der WO 98/54460 ist eine Abgasrückführungseinrichtung mit Druckkompensation bekannt, bei welcher unter anderem die durchgesetzte bzw. zugemessene Abgasmenge weitgehend unabhängig von auf die Abgasrückführungsreinrichtung einwirkenden Druckschwankungen ist. Neben den verschiedenen Gaszuführungen weist die bekannte Abgasrückführungseinrichtung unter anderem ein Steuerorgan zum Zumessen von Abgas in die Frischgaszuführung auf sowie eine der Frischgaszuführung zugewandte Druckplatte. In der Druckplatte sind kreisförmige Öffnungen vorgesehen, die als Zungenventile ausgebildet sind, deren Zungen bei niedrigen Druckdifferenzen oberhalb der Druckplatte die Öffnungen verschließen. Sofern der Druck oberhalb der Druckplatte größer als der Druck auf der Frischgasseite ist, bewegen sich die Zungen bei einer bestimmten Druckdifferenz von den Öffnungen weg, um einen Durchfluß von Abgas durch die Öffnungen zuzulassen.
Wegen der besonderen Anforderungen bei der Abgasrückführung eines Kraftfahrzeugmotors, insbesondere eines Dieselmotors, bei dem es auf eine sehr genaue Zumessung ankommt, stellt sich die bekannte Abgasrückführungseinrichtung als verbesserungsfähig dar. Dies betrifft insbesondere geringe Abgasrückführungsmengen, da es bei diesen geringen Mengen auf eine genaue Zumessung ankommt, während bei größeren Abgasrückführungsmengen eine größere prozentuale Abweichung vom Zielwert hingenommen werden kann.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Abgasrückführeinrichtung bereitzustellen, bei welcher auch bei geringen Abgasrückführungsmengen eine möglichst große Varianz der das Steuerorgan betätigenden Stelleinrichtung gegeben ist, um einen langsamen Anstieg der Abgasrückführungsmenge zu Beginn der Abgaszuführung zu erreichen.
Die Aufgabe wird durch eine Abgasrückführungseinrichtung mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Eine erfindungsgemäße Abgasrückführungseinrichtung zum Rückführen von Abgas in eine Gaszuführung von Motoren, insbesondere von Kraftfahrzeugmotoren, umfaßt eine Abgaszuführung, eine Frischgaszuführung und einen in die Gaszuführung mündenden Ausgangskanal, wobei zumindest die Abgaszuführung und die Frischgaszuführung über ein Zumeß- bzw. Steuerorgan miteinander in Verbindung stehen und auf der der Frischgaszuführung zugewandten Seite des Steuerorgans eine Druckplatte angeordnet ist, wobei die Druckplatte aus einer Grundplatte mit Gasdurchtrittsbereichen und wenigstens einer drehbar bzw. verschwenkbar an der Grundplatte angeordneten Schwenkplatte besteht und eine Vorspannung, insbesondere in Form einer Federkraft, zwischen Grundplatte und Schwenkplatte wirkt, um die Schwenkplatte zur Abdeckung der Gasdurchtrittsbereiche an der Grundplatte zu halten bzw. zur Anlage zu bringen.
Befindet sich das Steuerorgan, das insbesondere durch ein Ventil- bzw. Hauptventil gebildet sein kann, in einer partiell oder vollständig geöffneten Stellung, kann Abgas von der Abgasseite der Abgasrückführungseinrichtung in Richtung der Frischgasseite strömen. Die Druckplatte ist derart im Gas- bzw. Abgasstrom in der Abgasrückführungseinrichtung angeordnet, daß sie einen Strömungswiderstand für den sie umströmenden oder durchströmenden Abgasstrom bildet und so beim Durchströmen des Abgases von der Abgasseite in Richtung zur Frischgasseite zu einem partiellen Aufstauen bzw. einer Druckerhöhung des Abgasstroms führt. In diesem Fall ist daher der Gasdruck in einem Raum zwischen dem Steuerorgan und der Druckplatte größer als in einem Raum, der frischgasseitig von der Druckplatte angeordnet ist. Der Unterschied zwischen diesen frischgas- und abgasseitig auf die Druckplatte wirkenden Gasdrücken resultiert in einer Kraft, die auf die Druckplatte wirkt. Diese an der Druckplatte angreifende Kraft wird erfindungsgemäß zu einer Beeinflussung bzw. Steuerung der Stellung bzw. des freien Öffnunsquerschnitts des Steuerorgans verwendet werden, so daß sich beispielsweise der freie Öffnungsquerschnitt des Steuerorgans verkleinert, wenn sich eine in Richtung der Frischgasseite bzw. in Schiießrichtung des Steuerorgans gerichtete Kraft auf die Druckplatte erhöht. Die Druckplatte kann somit derart ausgebildet sein, daß eine Erhöhung des Druckgefälles zwischen Abgas- und der Frischgasseite der Abgasrückführungseinrichtung zu einer vorbestimmten Verkleinerung des freien Öffnungsquerschnitts des Steuerorgangs und eine Verkleinerung dieses Druckgefälles zu einer vorbestimmten Vergrößerung des freien Öffnungsquerschnitts des Steuerorgans führt.
Die besondere Ausgestaltung der Druckplatte sorgt zusätzlich dafür, daß zu Beginn der Zuführung von Abgas in die Frischgaszuführung kein sprunghaftes Ansteigen der Abgasrückführungsmenge auftritt. Es wird somit erreicht, daß die Veränderung kleiner Abgasrückführungsmengen, beispielsweise bei Verwendung eines elektrischen Magneten bzw. proportional Magneten für die Stelleinrichtung des Steuerorgans, durch eine möglichst große Varianz im Magnetstrom eingestellt werden kann.
Wird in einem Koordinatensystem auf der Abszisse beispielsweise der Magnetstrom aufgetragen und auf der Ordinate die Abgasrückführungsmenge, wird sich die ergebene Mengenkurve schleichend aus der Abszissenachse erheben und somit im Anfangsbereich eine sehr flache Steigung aufweisen. In der Folge ist es möglich, mit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Abgasrückführungseinrichtung den hohen Anforderungen bei der Abgasrückführung im Bereich kleiner Abgasrückführungsmengen zu genügen, was bisher noch nicht möglich gewesen ist. Im geschlossenen Zustand der Abgasrückführungseinrichtung deckt dabei die Schwenkplatte die in der Grundplatte vorgesehenen Gasdurchtrittsbereiche ab, um eine möglichst geringe Abgasmenge durch die bzw. an der Grundplatte vorbei zuzulassen, wobei schon bei kleineren Abgasdurchsätzen die Druckdifferenz an der Druckplatte deutlich ansteigt und damit auch der Strom im beispielsweise eingesetzten elektrischen Magneten bzw. Proportionalmagneten. In an sich bekannter Weise liegt die Druckplatte im geschlossenen Zustand der Abgasrückführungseinrichtung nicht vollständig dichtend an der Wandung der Abgasrückführungseinrichtung an, sondern beläßt einen kleinen Ringspalt, durch den Abgas hindurchströmen kann. Erreicht die Druckdifferenz an der Druckplatte einen bestimmten Wert, wird die Schwenkplatte von der Grundplatte gegen die Vorspannkraft wegbewegt, wodurch ein zusätzlicher Abgasstrom durch die Gasdurchtrittsbereiche der Grundplatte strömen kann. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann die Druckplatte eine kreisförmige oder eliptische Konfiguration aufweisen, was vorteilhaft im Hinblick auf deren Herstellung sowie im Hinblick auf die Gestaltung der Wandung des Abschnittes der Abgasrückführungseinrichtung, in welcher die Druckplatte geführt wird, ist.
Vorteilhafterweise sind die Gasdurchtrittsbereiche der Grundplatte als Gasdruch- trittsöffnungen, die von Teilen der Grundplatte umfaßt sind und/oder freigelassene Bereiche ausgebildet. Je nach Ausbildung der Schwenkplatte, die mit der Grundplatte verbunden ist, stellt dies eine vorteilhafte Ausgestaltung der Druckplatte im Hinblick auf den angestrebten Abgasstrom dar, der somit optimiert gestaltet werden kann.
Zweckmäßigerweise ist die Schwenkachse zwischen Grundplatte und Schwenkplatte, beispielsweise bei kreisförmiger Konfiguration der Druckplatte in der Symmetrieachse, ausgebildet. Bei anderen Konfigurationen der Druckplatte kann es im Hinblick auf den Abgasstrom auch von Vorteil sein, die Symmetrieachse exzentrisch in der Druckplatte auszubilden.
Um den Abgasstrom noch weiter zu optimieren, ist es in einer bevorzugten Ausführungsform möglich, zusätzliche Gasdurchtrittsöffnungen in der Schwenkplatte auszubilden, wobei die Anordnung so erfolgt, daß bei Anlage der Schwenkplatte an der Grundplatte die zusätzlichen Gasdurchtrittsöffnungen und die Gasdurchtrittsbereiche der Grundplatte zueinander versetzt sind.
Vorteilhafterweise kann die Schwenkplatte aus zwei im wesentlichen halbkreisförmigen Klappen bestehen, die in gleicher Richtung von der Grundplatte gegen die Vorspannkraft wegbewegbar ausgebildet sind, um zu verhindern, daß sich Bereiche der Schwenkplatte strömungsbehindemd im Abgasstrom befinden.
Um den Ringspalt, der sich zwischen dem Außenbereich der Druckplatte und der Wandung innerhalb der Abgasrückführungseinrichtung ausbildet, möglichst gering zu halten, ist es in einer bevorzugten Ausführungsform von Vorteil, wenn sich die freien Randbereiche der Klappen bei Anlage an der Grundplatte bis zu dem freien Randbereich der Grundplatte bzw. bis zur Wandung der Abgasrückführungseinrichtung erstrecken.
Zweckmäßigerweise erfolgt die Vorspannung bzw. Haltekraft zwischen der Schwenkplatte und der Grundplatte über eine oder mehrere Federn, insbesondere über Torsionsfedern, die zwischen den vorgenannten Platten angeordnet sind. Der Einsatz von Torsionsfedern ermöglicht es, die gewünschte Federkonstante genau einzustellen, ohne hierfür kostenintensive und komplizierte Konstruktionen verwirklichen zu müssen.
Insbesondere um in der anfänglichen Öffnungsbewegung der Abgasrückführungseinrichtung den Abgasstrom möglichst gering zu halten, ist es zweckmäßig, die Druckplatte so auszubilden und anzuordnen, daß das Abgas im wesentlichen durch die Gasdurchtrittsbereiche bzw. -Öffnungen sowie eventuell vorhandene zusätzliche Gasdurchtrittsöffnungen in der Druckplatte bzw. in der Grundplatte und in der Schwenkplatte strömt.
Ebenfalls von Vorteil für den Abgasstrom ist es, wenn in einer bevorzugten Ausführungsform die Druckplatte bei geringen Abgasdurchsätzen das Abgas lediglich durch einen schmalen Spalt zwischen der Druckplatte und der Wandung hindurchtreten läßt, bei wachsendem Druckunterschieden jedoch die Gasdurchtrittsbereiche bzw. -Öffnungen sowie eventuell vorhandene zusätzliche Gasdurchtrittsöffnungen durch ein Wegbewegen der Schwenkplatte von der Grundplatte gegen die Vorspannkraft bzw. Haltekraft freigegeben werden. Durch das Verschwenken der Schwenkplatte wird zwischen deren entsprechendem Randbereich und der Wandung der Abgasrückführungseinrichtung zudem ein mit zunehmender Schwenkbewegung größer werdender Abstand bzw. Spalt freigeben, der einen erhöhten Abgasstrom zur Folge hat.
Vorteilhafterweise können zwischen der Grundplatte und der Schwenkplatte Abstandhalter angeordnet sein, die bei Anlage der Schwenkplatte an der Grundplatte eine leichte Öffnungsstellung zwischen diesen zur Folge haben und somit auch einen etwas größeren Abstand bzw. Spalt zwischen dem entsprechenden Randbereich der Schwenkplatte und der Wandung der Abgasrückführungseinrichtung belassen.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsformen beispielsweise näher beschrieben. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Querschnittsdarstellung einer er indungsgemäßen Abgasrückführungseinrichtung;
Figur 2 eine erste Ausführungsform einer Druckplatte der Abgasrückführungseinrichtung im Querschnitt und in der Draufsicht;
Figur 3 eine zweite Ausführungsform einer Druckplatte der Abgasrückführungseinrichtung im Querschnitt und in der Draufsicht;
Figur 4 eine dritte Ausführungsform einer Druckplatte der Abgasrückführungseinrichtung im Querschnitt und in der Draufsicht;
Figur 5 eine perspektivische Ansicht einer Grundplatte gemäß einer vierten Ausführungsform der Druckplatte und
Figur 6 eine perspektivische Ansicht der Grundplatte gemäß Fig. 5 mit einer auf der Grundplatte angeordneten Schwenkplatte in Form zweier Klappen.
Figur 1 zeigt schematisch einen Querschnitt einer Abgasrückführungseinrichtung. Das Abgas wird mittels eines Abgaskanals bzw. einer Abgaszuführung 2, dessen eine Seite in den Hauptabgasstrom des Motors mündet, der Abgasrückführungseinrichtung zugeführt. Die Abgaszuführung 2 ist über ein Steuerorgan zum Zumessen von Abgas in Form eines Ventils bzw. Hauptventils 4, das aus einem Ventilteller und einem Ventilsitz besteht, mit einer Kammer 6 verbunden. Frisch- gasseitig ist die Kammer 6 partiell durch eine Druckplatte 8 verschlossen, die einen Strömungswiderstand für Gas bzw. Abgas darstellt. In der Druckplatte 8 sind Gasdurchtrittsöffnungen 10 ausgebildet, durch welche Abgas hindurchströmen kann, wobei auch ein Abgasstrom zwischen dem äußeren Randbereich der Druckplatte 8 und der Wandung 12 des Kanals, in welchem die Druckplatte 8 an- geordnet ist, möglich ist. Der durch die Gasdurchtrittsöffnung 10 bzw. am äußeren Rand der Druckplatte 8 hindurchströmende rückgeführte Abgasstrom ist mit einer nicht näher gezeigten Frischgaszuführung 14 und einem Ausgangskanal 16, der die mit dem Abgas versetzten Frischgase weiterführt, verbunden.
Das Hauptventil 4 ist als Kompensationskolben ausgebildet und liegt an seinem Umfang an einer Wand bzw. Seitenwand an und ist über eine Hauptschließfeder 18 abgestützt. Der somit gebildete Kolbenraum kann über eine nichtdargestellte Ausgleichsleitung derart mit der Kammer 6 verbunden sein, daß sich die Gasdrücke im Kolbenraum und der Kammer 6 schnell ausgleichen können.
Der Kompensationskolben und der Ventilteller des Hauptventils 4 sowie die Druckplatte 8 sind miteinander in dieser Reihenfolge über eine Ventilstange 20 verbunden. Die dem Hauptventil 4 gegenüberliegende Seite der Ventilstange 20 ist in einer Stelleinrichtung, beispielsweise in Form eines elektrischen Magneten bzw. Proportionalmagneten 22 angeordnet, über welche das Hauptventil 4 gesteuert bzw. geregelt werden kann.
Der Gasdruck im Einmündungsbereich des rückgeführten Abgasstroms in das Frischgas ist unter Betriebsbedingungen P3, in der Kammer 6 zwischen Hauptventilteller 4 und der Druckplatte 8 herrscht der Gasdruck P3' und in der Abgaszuführung 2 liegt der Gasdruck P5 vor. In allen für die Abgasrückführung relevanten Betriebspunkten eines Saugmotors gilt P5>P3- Ein positives, d.h. umgekehrtes Spülgefälle P5<P3 kann unter Umständen bei mechanischer oder durch einen Turbolader bewirkter Aufladung des Motors auftreten.
Durch den mit der Druckplatte 8 verbundenen Strömungswiderstand kommt es bei geöffnetem Hauptventil 4 zu einer Erhöhung des Gasdruckes P3' in der Kammer 6 gegenüber dem Gasdruck P3 im der Einmündungsbereich. Es gilt somit P5 > P3'> P3- Bei einer Öffnung des Abgasrückführungs- bzw. Hauptventils 4 wird somit das Abgas in der Regel in der gewünschten Richtung, d.h. von der Abgaszuführung 2 in Richtung des Ausgangskanals 16, strömen. Die durchgesetzte Abgasmenge hängt hierbei im wesentlichen vom Öffnungsquerschnitt des Hauptventils 4 und vom Gasdruckgefälle über das Hauptventil 4, d.h. von der Druckdifferenz P5 - P3', ab.
Zur Minimierung des Einflusses dieses Druckgefälles bzw. dieser Druckdifferenz P5 - P3 bzw. P5 - P3* auf die durchgesetzte Abgasmenge dient die Druckplatte 8.
Durch eine geeignete Wahl von Form und Durchmesser der Druckplatte 8 und einer Gestaltung des Gasübertritts von der Kammer 6 zum Ausgangskanal 16 zwischen der Wandung 12 und äußerem Umfang der Druckplatte 8 und/oder durch die Druckplatte 8 hindurch, kann erreicht werden, daß sich bei Vergrößerung bzw. Verkleinerung des Druckgefälles P5 - P3 der freie Öffnungsquerschnitts des Hauptventils 4, d.h. der Öffnungsquerschnitt zwischen dem Ventilteller und dem Ventilsitz, gerade um einen solchen Betrag verkleinert bzw. vergrößert, daß die durchgesetzte, rückgeführte Abgasmenge sich nicht mit den obigen Druckschwankungen bzw. Änderungen der Druckdifferenz ändert und eine bestimmbare bzw. vorbestimmte Größe aufweist bzw. so, daß der Abgasanteil im Ausgangskanal 16 konstant bleibt und eine bestimmbare bzw. vorbestimmte Größe aufweist. Der Durchsatz der rückgeführten Abgasmenge ist somit im wesentlichen unabhängig von den Schwankungen bzw. Variationen von frisch- und abgasseitigem Gasdruck (P5 und P3) an der Abgasrückführungseinrichtung, d.h. im wesentlichen unabhängig von Änderungen der Gasdruckdifferenz bzw. vom Druckgefälle P5 - P3-
Um die durchgesetzte, rückgeführte Abgasmenge weitestgehend vom Druckgefälle P5 - P3 durch Gestaltung der Druckplatte 8 und des Gasübertritts an dieser unabhängig zu machen, ist es vorteilhaft, den Kraftbeitrag der in der Ventilstange 20 wirkenden Kraft aufgrund des Druckgefälles P5 - P3' zu kompensieren, damit dieser Kraftbeitrag nicht zu einem unerwünschten Öffnen oder Schließen des Hauptventils 4 führt, was die angestrebte Steuerung bzw. Regelung des Abgas- durchsatzes mit der Durckplatte 8 erschweren würde.
Bevorzugt wird die Betätigung des Hauptventils 4 der Abgasrückführungseinrichtung im wesentlichen durch den elektrischen Proportionalmagneten 22 über die Ventilstange 20 erzielt, wobei bei dem Proportionalmagneten 22 die Kraft nur vom Spulenstrom und nicht von der Lage des Ankers abhängig ist. Eine solche Anordnung hat den Vorteil, daß sie schnell reagieren und einen Ventilhub bzw. eine Öffnung des Hauptventils 4 sehr genau einstellen kann. Es ist aber ebenfalls möglich, andere Betätigungen des Hauptventils 4, wie beispielsweise mechanische, pneumatische, hydraulische und elektromotorische vorzunehmen.
Die nachfolgend in den Figuren 2 bis 6 näher beschriebenen Druckplatten können in der zu Fig. 1 beschriebenen Abgasrückführungseinrichtung mit Vorteil vorgesehen werden, um den Abgasstrom, welcher an der Druckplatte vorbeiströmt bzw. welche durch Gasdurchtrittsöffnungen in der Druckplatte strömt, insbesondere bei kleinen Abgasrückführungsmengen, zu optimieren, indem in der Anfangsöffnungsbewegung des Hauptventils 4 lediglich eine geringe, nicht sprunghaft ansteigende Abgasrückführungsmenge dem Frischgasstrom zugeführt wird. Entsprechende beispielhafte Ausgestaltungsmöglichkeiten der Druckplatte werden nun näher beschrieben.
Fig. 2 zeigt im Querschnitt und in der Draufsicht eine erste Ausführungsform einer Druckplatte 30, die aus einer Grundplatte 32 und einer Schwenkplatte 34 besteht. Die Druckplatte 30 ist in der Abgasrückführungseinrichtung über eine Ventilstange 36 geführt, wobei die Grundplatte 32 fest mit der Ventilstange 36 verbunden ist und somit nur zusammen mit der Ventilstange 36 eine Bewegung ausführen kann. Die äußeren Randbereiche der Grundplatte 32 erstrecken sich bis zur Wandung 38 des Kanals, in welchem die Druckplatte 30 geführt ist und können dabei einen Ringspalt zwischen der Grundplatte 32 und der Wandung 38 belassen. Um einen Abgasstrom durch die Grundplatte 32 zuzulassen, ist diese mit Gasdurchtrittsöffnungen 40 versehen. Aus der Querschnittsdarstellung ist ersichtlich, daß die Grundplatte 32 nicht in eine Ebene als durchgehende Platte ausgebildet ist, son- dem in dem Bereich, in welchem die Ventilstange 36 die Druckplatte 30 durchgreift, auf zwei Ebenen versetzt angeordnet ist.
Durch diese spezielle Ausgestaltung der Druckplatte 30, ist es möglich, die einstückige Schwenkplatte 34, die in diesem Ausführungsbeispiel keine Durchgangsöffnungen aufweist, als einstückige, in einer Ebene verlaufende Platte auszubilden. Die Schwenkplatte 34 ist im Bereich der Ventilstange 36 an diese schwenkbar ausgebildet, so daß sich die Längsachse der Ventilstange 32 als Drehpunkt für die Schwenkplatte 34 darstellt. Aus der Draufsicht läßt sich die elliptische Konfiguration von Druckplatte 30 und Schwenkplatte 34 erkennen sowie die exzentrische Anordnung der Ventilstange 32 im Ventilkanal, wodurch die Druckplatte 30 und die Schwenkplatte 34 aus jeweils einem halbkreisförmigen Teilabschnitt und einem sich daran anschließenden elliptischen Teilabschnitt zusammensetzen. In der Draufsicht ist der rechts neben der Ventilstange 36 dargestellte Bereich unter Weglassung des halbkreisförmigen Teils der Schwenkplatte 34, die in diesem Bereich oberhalb der Druckplatte 30 angeordnet ist, gezeigt. In der Folge ist die Konfiguration der Gasdurchtrittsöffnung 40, die sich als nierenförmiger Ausschnitt aus der Grundplatte 32 darstellt, zu erkennen.
Um ein Verschwenken der Schwenkplatte 34, deren Schwenkbewegung im Querschnitt gesehen gegen den Uhrzeigersinn um die exzentrisch angeordnete Drehachse erfolgt, bei geringen oder keinen Abgasdrücken zu vermeiden, ist unterhalb des größeren Teils der Schwenkplatte 34, also des Bereiches, der sich als Teil einer Ellipse darstellt, eine Feder 42 angeordnet. Die Feder 42 legt sich mit ihrem freien Ende an der Unterseite der Schwenkplatte 34 an und ist mit ihrem anderen Ende ortsfest im Bereich der Ventilstange 36 angeordnet und übt somit eine Federkraft gegen die mögliche Schwenkrichtung der Schwenkplatte 34 aus. Ab einer bestimmten Druckdifferenz zwischen den oberhalb und unterhalb der Druckplatte 30 anstehenden Drücken kann sich die Schwenkplatte 34 im Uhrzeigersinn gegen die Kraft der Feder 42 verschwenken, um somit einen Gasdurchtritt durch die Gasdurchtrittsöffnungen 40 der Grundplatte 32 zuzulassen, wobei der Gasstrom wegen der in der Schwenkplatte 34 nicht vorhandenen Öffnungen am äußeren freien Rand der Schwenkplatte 34 vorbei in Richtung Frischgaszufuhr strömt. In einer anderen Ausführungsform kann die Schwenkachse der Grundplatte 34 und somit auch die Position der Ventilstange 36 in der Symmetrieachse angeordnet sein, so daß sich die jeweiligen, neben der Ventilstange 36 liegenden Teilbereiche der Grundplatte 32 und der Schwenkplatte 34 als identische Teile, was deren Außenkonfiguration angeht, ausbilden lassen.
Wie auch bei den noch folgenden Ausführungsformen der Druckplatte sind Gasdurchtrittsöffnungen, welche in der Grundplatte und/oder Schwenkplatte angeordnet sind, jeweils so ausgebildet, daß im unverschwenkten Zustand der Schwenkplatte die Gasdurchtrittsöffnungen abgedeckt sind, wodurch sich erst nach Verschwenken der Schwenkplatte ein größerer Gasstrom ergeben kann. Der größere Gasstrom wird zudem dadurch gefördert, daß sich durch das Verschwenken der Schwenkplatte die Randbereiche, die quer zur Schwenkachse ausgerichtet sind, von der Wandung des Ventilkanals wegbewegen, wodurch ein immer größer werdender Spalt zwischen der Wandung des Ventilkanals und dem betreffenden Randbereich der Schwenkplatte freigegeben wird und somit ein immer größer werdender Gasdurchtrittsquerschnitt entsteht.
In Fig. 3 ist wiederum im Querschnitt und in der Draufsicht eine weitere alternative Ausgestaltung einer Druckplatte 50 gezeigt. Die Druckplatte 50 besteht auch hier aus einer Grundplatte 52 und einer mit dieser verbundenen Schwenkplatte 54. Die Konfiguration von Grundplatte 52 und Schwenkplatte 54 ist, wie aus der Draufsicht ersichtlich, kreisförmig, wobei die Ventilstange 56 im Mittelpunkt der Druckplatte 50 angeordnet ist. Die Schwenkachse für die Schwenkplatte 54 liegt wiederum in der Längsachse der Ventilstange 56. Es ergibt sich somit eine rotationssymmetrische Schwenkplatte, die wie in Fig. 2 einstückig ausgebildet ist, sich in Fig. 3 allerdings im Uhrzeigersinn von der ortsfest an der Ventilstange 56 angeordneten Grundplatte 52 wegschwenkt. Nicht dargestellt ist in Fig. 3 eine Federkonstruktion, die die Schwenkplatte 54 im nichtausgelenkten Zustand an der Grundplatte 52 zur Anlage bringt. Wie auch in Fig. 2 sind die Grundplatte 52 und die Schwenkplatte 54 wiederum so ausgebildet, daß sie sich mit ihren freien Randbereichen bis an die Wandung 58 erstrecken. Wie auch in Fig. 2 ist die Grundplatte 52 in Fig. 3 nicht in einer Ebene, sondern bezüglich der neben der Ventilstange 56 liegenden Bereiche in zwei Ebenen ausgebildet, um die Anordnung der durchgehenden, in einer Ebene verlaufenden Schwenkplatte 54 zu ermöglichen. Aus der Querschnittsdarstellung ist ersichtlich, daß die Schwenkplatte 54 in der Zeichnung im Bereich des linken halbkreisförmigen Abschnittes zusätzliche Gasdruchtrittsöffnungen 60 aufweist, die bei Anlage der Schwenkplatte 54 an der Grundplatte 52 nicht mit den Gasdurchtrittsöffnungen 62 der Grundplatte fluchten, also zueinander versetzt angeordnet sind, so daß bei Anlage der Schwenkplatte 54 an der Grundplatte 52 ein Gasdurchtritt im unausgelenkten Zustand lediglich im Bereich des äußeren Umfangs von Grundplatte 52 und Schwenkplatte 54 stattfinden kann.
In der Draufsicht auf die Grundplatte 50 gemäß Fig. 3 ist im rechten Bereich, d.h. rechts neben der Ventilstange 56 bzw. rechts neben der Rotationsachse für die Schwenkplatte 54, die Gasdurchtrittsöffnung 62 der Grundplatte 52 zu erkennen. Links davon zeigt sich die zusätzliche Gasdurchtrittsöffnung 60 der Schwenkplatte 54. Sobald die Druckdifferenz auf die Oberseite der Druckplatte 50 im Hinblick auf die Unterseite derselben einen bestimmten Wert übersteigt, wird die Schwenkplatte 54 gegen die Federkraft um ihre Schwenkachse im Uhrzeigersinn ausgelenkt und gibt somit einen Abgasstrom auf der einen Seite durch die zusätzlichen Öffnungen 60 und anschließend durch die Gasdurchtrittsöffnungen 62 der Grundplatte frei und auf der anderen Seite wird ein erhöhter Gasdurchtritt durch die Gasdurchtrittsöffnung 62 der Grundplatte 52 ermöglicht, wobei dieser Gasstrom auf der rechten Seite dann lediglich durch den sich vergrößernden Ringspalt am freien Rand der Schwenkplatte 54 in den Frischgasbereich strömt.
Fig. 4 zeigt eine weitere Alternative einer Druckplatte 70, wiederum bestehend aus einer Grundplatte 72 und einer Schwenkplatte 74. Die Schwenkplatte 74 ist dabei so ausgebildet wie die Schwenkplatte 54 gemäß Fig. 3, also als eine durchgehend, sich über eine Ebene erstreckende, in der Draufsicht kreisförmig erscheinende Schwenkplatte, die auf der einen Seite neben der Ventilstange 76 bzw. neben ihrer Schwenkachse ebenfalls zusätzliche Gasdurchtrittsöffnungen 80 aufweist. Die Druckplatte ist in dieser alternativen Ausführungsform nur noch als einseitige, sich von der Ventilstange 76 erstreckende Teilplatte ausgebildet, deren freier Rand sich nicht bis hin zur Wandung 78 erstreckt, sondern einen relativ großen Gasdurchtrittsbereich freiläßt. Aus der Draufsicht in Fig. 4 ist die Konfiguration der zusätzlichen Öffnung 60 ersichtlich, die sich als u-förmige oder nierenför- mige Öffnung zeigt. Die Druckplatte 70 ist lediglich im Bereich der zusätzlichen Gasdurchtrittsöffnung 80 ausgebildet und kann im wesentlichen die gleiche, lediglich etwas größere Konfiguration wie die Öffnungskonfiguration der Gasdurchtrittsöffnung 80 aufweisen, da es bei dieser Ausführungsform lediglich notwendig ist, daß die Grundplatte 72 bei Anlage der Schwenkplatte 74 die Gasdurchtrittsöffnung 80 abdeckt. Wiederum nicht dargestellt ist die zwischen der Grundplatte 72 und der Schwenkplatte 74 angeordnete Federkonstruktion, die für eine Anlage der Schwenkplatte 74 an der Grundplatte 72 bei einer niedrigen Druckdifferenz sorgt. Auch bei der Druckplatte 70 kommt es bei entsprechend hoher Druckdifferenz zu einer Auslenkung entgegen der Federkraft und zwar in diesem Fall im Uhrzeigersinn, wodurch die zusätzliche Gasdurchtrittsöffnung 80 der Schwenkplatte 74 sich von der Grundplatte 72 wegbewegt und somit einen zusätzlichen Abgasstrom zuläßt. Wie auch bei den vorherigen Ausführungsformen wird durch eine Verschwenken der Schwenkplatte 74 ein größerer Ringspalt zwischen dem äußeren Randbereich der Schwenkplatte 74 und der Wandung 78 freigegeben, was ebenfalls einen größeren Abgasstrom ermöglicht.
Die Konstruktion der Druckplatte 102 wird anhand der Figs. 6 und 7 näher beschrieben, wobei sich die freien Randbereiche der Druckplatte, bestehend aus der Grundplatte 112 sowie der Schwenkplatte 114 bis an die Wandung 116 des Kanals der Abgasrückführungseinrichtung, in weicher die Druckplatte 102 angeordnet ist, erstreckt. Zwischen den Randbereichen der Druckplatte 102, d.h. zwischen den Randbereichen der Grundplatte 112 und der Schwenkplatte 114 und der Wandung 116 ist ein geringer Ringspalt freigegeben, der eine kleine Menge an durch den Ringspalt durchströmendem Abgas zuläßt.
Fig. 5 zeigt in einer perspektivischen Ansicht die Grundplatte 82 der Druckplatte 8 der Abgasrückführungseinrichtung aus Fig. 1. Die Grundplatte 82 weist in der Mitte einen Führungsstutzen 84 für die Ventilstange 20 auf, wobei die Ventilstange 20 den Führungsstutzen 84 durchgreift. Die Grundplatte 82 ist ortsfest an der Ventilstange 20 angeordnet. Benachbart zum Führungsstutzen 84 befindet sich ein Mittelsteg 86, der an seiner Oberseite zwei Haltestege 88 aufweist, die mit jeweils zwei freien Außennehmungen versehen sind, die als Haltepunkte zur Anordnung einer Feder bzw. Torsionsfeder 90 dienen, wie dies in Fig. 6 gezeigt ist. Die freien Enden des Mittelsteges 86 weisen jeweils ein Sackloch 92 auf, in welche nicht dargestellte Stifte zur Anordnung einer Schwenkplatte in Form zweier Klappen 98 (Fig. 6) eingesetzt werden können. Beidseits des Mittelsteges 86 schließen sich jeweils zwei identische, halbkreisförmige Teilbereiche 94 an, deren freie Randbereiche sich in Richtung der Wandung 12 erstrecken, um den Ringspalt zwischen der Druckplatte 8 und der Wandung 12 auszubilden. Die Teilbereiche 94 sind nicht vollwandig ausgebildet, sondern weisen Gasdurchtrittsbereiche in Form von Gasdruchtrittsöffnungen 10 auf. Die Längserstreckung des Mittelsteges 86 quer zum Führungsstutzen 84 gesehen erstreckt sich nicht bis zum äußeren Rand des Kreises, der durch die halbkreisförmigen Teilbereiche 94 gebildet wird, so daß sich im Anschlußbereich der halbkreisförmigen Teilbereiche 94 an dem Mittelsteg 86 rückspringende Bereiche bilden, die der Anordnung des Verdrehmechanismus der Klappen 98 dienen, wie dies in Fig. 6 gezeigt ist. Auf der den Klappen 94 zugewandten Oberseite der Grundplatte 82 bzw. der Teilbereiche 94 sind höckerartige Erhebungen bzw. Abstandhalter 96 vorgesehen, die sich nach oben in Richtung des freien Endes des Führungstutzens 84 erstrecken und sozusagen auf den sich als Halbkreisringe darstellenden Teilbereichen 94 aufsitzen. In der Folge kommen, wie dies in Fig. 6 dargestellt ist, die Klappen 98 nicht auf der gesamten Oberfläche der Teilbereiche 122 zur Anlage, sondern lediglich im Bereich der freien Enden der Abstandhalter 96. Insgesamt ist die Grundplatte 82 symmetrisch zur Längsachse des Mittelstegs 86 bzw. zur Mittelachse der Sacklöcher 92 ausgebildet.
In Fig. 6 ist in einer perspektivischen Ansicht die vollständige Druckplatte 8 dargestellt, d.h. die Grundplatte 82 zusammen mit der an dieser angeordneten Schwenkplatte in Form von zwei, voneinander unabhängigen einzelnen Klappen 98, die halbkreisförmig ausgebildet sind. Um ein Verschwenken der beiden Klappen 98 bzw. ein Wegschwenken von der Grundplatte 82 zu ermöglichen, weisen die äußeren im Bereich des Mittelsteges liegenden Randbereiche der Klappen 98 schamierartige Gelenke 100 auf. Dabei hat jede Klappe ein paar solcher Gelenke 100, die eine Durchgangsbohrung 102 aufweisen. Im zusammengebauten Zustand sind die Klappen 98 so ausgebildet, daß die Durchgangsbohrungen 102 benachbarter Gelenke 100 miteinander fluchten. In Längsachsenrichtung des Mittelstegs 86 gesehen befinden sich an den äußeren Randbereichen der beiden Klappen 98 somit jeweils ein Paar solcher Gelenke 100 mit fluchtenden Durchgangsbohrungen 102, die wiederum mit dem Sackloch 92 der Grundplatte 82 fluchten. Somit kann für jedes Paar von Gelenken 100 eine verdrehbare Verbindung geschaffen werden, indem nicht dargestellte Stifte durch die beiden Durchgangsbohrungen 102 der beiden Gelenke 100 hindurch in die Sacklöcher 92 greifen. Damit wird es ermöglicht, daß sich jede Klappe 98 unabhängig voneinander von der Grundplatte 83 wegbewegen kann und zwar in der Fig. 6 nach oben.
Um die Klappen 98 zur Anlage an der Grundplatte 82 zu bringen, ist auf der der Grundplatte 82 gegenüberliegenden Oberseite der Klappen 98 die Feder bzw. Torsionsfeder 90 angeordnet. Die Torsionsfeder 90 ist in ihrer Konfiguration in etwa W-förmig ausgebildet und weist in ihrem Mitteiabschnitt einen u-förmigen Sektor auf, dessen Stege in die Ausnehmungen an den Haltestegen 88 so eingreifen, daß sie lagesicher angeordnet sind, sich also nicht von den Haltestegen 88 wegbewegen kann. Die beiden freien Enden der Torsionsfeder 90 sind nach oben in Richtung des freien Endes des Führungsstutzens 84 weggebogen und greifen in diesem Bereich in auf der Oberseite der Klappen 98 angeordnete Federhalterungen 104 ein, in welche sie sich unter Vorspannung einlegen. Die insoweit klammerartig ausgebildete Torsionsfeder 90 drückt somit die Klappen 98 in Richtung der Grundplatte 82, wobei die Klappen 98 auf den Abstandhaltern 96 der Grundplatte 82 zur Anlage kommen und dort vorgespannt gehalten sind. Die Federspannung ergibt sich durch Torsion der beiden u-förmigen, im Bereich des Mittelsteges angeordneten Abschnitte der Torsionsfeder 90. Durch geeignete Materialwahl und Stärke der u-förmigen Bereiche der Torsionsfeder 90 kann eine gewünschte Federkonstante auf einfache Weise vorgewählt werden. Sofern die Gasdruckdifferenz des Gasdrucks P3' zwischen Hauptventil 4 und der
Druckplatte 8 sowie des unterhalb der Druckplatte anstehenden Gasdrucks P3 im
Einmündungsbereich des rückgeführten Abgasstromes in den Ausgangskanal 16 groß genug ist, können sich die Klappen 98 gegen die Kraft der Torsionsfeder 90 von der Grundplatte 82 wegbewegen und somit die in der Ausgangslage abgedeckten Gasdurchtrittsöffnungen 10 freigeben, indem sich ein größerer Ringspalt zwischen den äußeren Randbereichen der Klappen 98 und der Wandung 12 einstellt (siehe auch Fig. 1). Es kommt aber bereits vor dem Wegschwenken der Klappen 98 zu einem geringen Abgasstrom im Randbereich bzw. Ringspalt der Druckplatte 8, da die freien Randbereiche der Klappen 98 sowie die freien Randbereiche der Grundplatte 82 nicht dichtend an der Wandung 12 anliegen. Zudem sind die Klappen 98 aufgrund der Abstandhalter 96 jeweils schräg zur Grundplatte 82 ausgerichtet, wodurch sich im freien Randbereich der Klappen 98, zur Wandung 12 hin gesehen, ein etwas vergrößerter Ringspalt ergibt, durch den ein Abgasstrom hindurchtreten kann, der durch die leichte Offenstellung der Klappen 98 in Bezug auf die Grundplatte 82 einen Gasstrom im nicht ausgelenkten Zustand der Klappen 98 auch zusätzlich durch die Gasdurchtrittsöffnungen 10 der Grundplatte 82 zuläßt.
Bezugszeichenliste
2. Abgaszuführung
4. Hauptventil
6. Kammer
8. Druckplatte
10. Gasdurchtrittsöffnung
12. Wandung
14. Frischgaszuführung
16. Ausgangskanal
18. Hauptschließfeder
20. Ventilstange
22. Proportionalmagnet 30. Druckplatte
32. Grundplatte
34. Schenkplatte
36. Ventilstange
38. Wandung
40. Gasdurchtrittsöffnung
42. Feder
50. Druckplatte
52. Grundplatte
54. Schwenkplatte
56. Ventilstange
58. Wandung
60. zusätzliche Gasdurchtrittsöffnung
62. Gasdurchtrittsöffnung
70. Druckplatte
72. Grundplatte
74 Schwenkplatte
76 Ventilstange
78 Wandung
80. zusätzliche Gasdurchtrittsöffnung
82 Grundplatte
84 Führungsstutzen
86 Mitteisteg
88 Haltesteg
90 Torsionsfeder
92 Sackloch
94 Teilbereich
96 Abstandhalter
98 Klappe
100 Gelenk
102 Durchgangsbohrung
104 Federhalterung

Claims

Ansprüche
1. Abgasrückführungseinrichtung zum Rückführen von Abgas in eine Gaszuführung von Motoren, insbesondere von Kraftfahrzeugmotoren, mit einer Abgaszuführung (2), einer Frischgaszuführung (14) und einem in die Gaszuführung mündenden Ausgangskanal (16), wobei zumindest die Abgaszuführung (2) und die Frischgaszuführung (14) über ein Steuerorgan (4) zum Zumessen von Abgas miteinander in Verbindung stehen und auf der der Frischgaszuführung (14) zugewandten Seite des Steuerorgans (4) eine Druckplatte (8; 30; 50; 70) angeordnet ist, wobei die Druckplatte aus einer Grundplatte (32; 52; 72; 82) mit Gasdurchtrittsbe- reichen (10; 40; 62) und wenigstens einer drehbar bzw. verschwenkbar an der Grundplatte angeordneten Schwenkplatte (34; 54; 74) besteht und eine Vorspannung bzw. Haltekraft, insbesondere in Form einer Federkraft (90), zwischen Grundplatte und Schwenkplatte zur Abdeckung der Gasdurchtrittsbereiche wirkt, um die Schwenkplatte zur Abdeckung der Gasdurchtrittsbereiche an der Grundplatte zur Anlage zu bringen.
2. Abgasrückführungseinrichtung nach Anspruch 1 , wobei die Druckplatte eine kreisförmige (8; 50; 70) oder elliptische (30) Konfiguration aufweist.
3. Abgasrückführungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Gasdurchtrittsbereiche der Grundplatte als von Teilen der Grundplatte umfaßte Gasdurchtrittsöffnungen (10; 40; 62) und/oder freigelassene Bereiche ausgebildet sind.
4. Abgasrückführungseinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Schwenkache zwischen Grundplatte und Schwenkplatte in der Symmetrieache der Druckplatte oder exzentrisch von dieser ausgebildet ist.
5. Abgasrückführungseinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, wobei in der Schwenkplatte zusätzliche Gasdurchtrittsöffnungen (60, 80) ausgebildet sind, die bei Anlage der Schwenkplatte an der Grundplatte versetzt zu den Gasdurchtrittsbereichen (10; 40; 62) der Grundplatte angeordnet sind.
6. Abgasrückführungseinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Schwenkplatte aus zwei in wesentlichen halbkreisförmigen Klappen (98) besteht, die in gleicher Richtung von der Grundplatte (82) entgegen der Vorspannkraft (90) wegbewegbar ausgebildet sind.
7. Abgasrückführungseinrichtung nach Anspruch 6, wobei sich die freien Randbereiche der Klappen (98) bei Anlage an der Grundplatte (82) bis zu dem freien Randbereich der Grundplatte bzw. bis zur Wandung (12) der Abgasrückführungseinrichtung erstrecken.
8. Abgasrückführungseinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, wobei eine oder mehrere Federn, insbesondere Torsionsfedern (90), zwischen der Grundplatte (82) und der Schwenkplatte (98) angeordnet sind.
9. Abgasrückführungseinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Druckplatte (8; 30; 50) derart ausgebildet und angeordnet ist, daß das Abgas im wesentlichen durch die Gasdurchtrittsbereiche bzw. - Öffnungen (10; 40; 62; 60; 80) in der Druckplatte strömt.
10. Abgasrückführungseinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Druckplatte (8; 30; 50, 70) bei geringen Abgasdurchsätzen das Abgas lediglich durch einen schmalen Spalt zwischen Druckplatte und Wandung der Abgasrückführungseinrichtung hindurchtreten läßt, bei wachsenden Druckunterschieden jedoch die Gasdurchtrittsbereiche bzw. - Öffnungen (10; 40, 62) durch ein Wegbewegen der Schwenkplatte von der Grundplatte und der Wandung der Abgasrückführungseinrichtung freigegeben werden.
11. Abgasrückführungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei zwischen der Grundplatte (82) und der Schwenkplatte wenigstens ein Abstandhalter (96) angeordnet ist.
12. Abgasrückführungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , wobei das Steuerorgan (4) durch eine mechanische, pneumatische, hydraulische, magnetische oder elektrische Stelleinrichtung, insbesondere einen elektrischen Magneten bzw. Proportionalmagneten (22), betätigbar ist.
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